„ ... maszyna nie izoluje człowieka od wielkich problemów eksploatacji, ale przybli�a go do nich jeszcze bardziej... „ R O Z D Z I A Ł II ELEMENTY TEORII EKSPLOATACJI 2.1 Wprowadzenie 2.2 Nauki eksploatacyjne 2.3 Teoria eksploatacji 2.3.1 System eksploatacji maszyn 2.3.2 Strategie eksploatacji maszyn 2.4 Niezawodno�� maszyn 2.5 Tribologia 2.6 Diagnostyka techniczna 2.7 Badania nieniszcz�ce 2.8 Bezpiecze�stwo maszyn 2.8.1 Wska�niki bezpiecze�stwa systemów 2.8.2 Struktura bezpiecze�stwa systemów 2.9 Podsumowanie Literatura

ROZDZIAŁ II

ELEMENTY TEORII EKSPLOATACJI 2.1 Wprowadzenie W procesie rozwoju techniki i produkcji istotnym zagadnieniem jest zapewnienie wyrobom odpowiedniej „jako�ci” i efektywno�ci. Wła�ciwo�ci obiektu, wpływaj�ce na jako�� i efektywno��, wywołuj� coraz to nowe problemy techniczne dla specjalistów ró�nych dziedzin techniki, jak i dla ekonomistów zainteresowanych nimi w aspekcie potrzeb gospodarki. Traktuj�c u�ytkowanie maszyn jako główny etap weryfikacji ich przydatno�ci i spełniania oczekiwa� społecznych, coraz cz��ciej na tym etapie prowadzi si� intensywne badania poprawno�ci działania maszyn w odpowiednio sformalizowanych strukturach eksploatacji. Mo�liwo�ci dokona� wszystkich dziedzin teorii eksploatacji pozwalaj� na nowoczesne rozwi�zania w zakresie planowania i optymalizacji procedur projektowania, konstruowania, wytwarzania i eksploatacji maszyn, według głównego kryterium ich jako�ci i efektywno�ci wykorzystania. Dla omówienia zada� i roli diagnostyki technicznej, traktowanej jako samodzielnej dziedziny naukowej teorii eksploatacji, w tym rozdziale przedstawiono skrótowo problemy główne składowych dziedzin teorii eksploatacji, jednoznacznie okre�laj�ce mo�liwo�ci i potrzeby realizowanych bada�, wspomaganych diagnostyk� techniczn�. Interdyscyplinarne powi�zanie problemów eksploatacji maszyn wyra�nie wskazuje na dominuj�c� w�ród nich rol� diagnostyki technicznej, traktowanej jako narz�dzie badania stanu maszyn oraz kształtowania ich jako�ci i sposobów wykorzystania. 2.2 Nauki eksploatacyjne Rozwijaj�ca si� dynamicznie nowa dyscyplina wiedzy dotycz�ca eksploatacji maszyn i urz�dze� technicznych budowana jest na podstawach nauk eksploatacyjnych, do których jako główne zaliczamy: systemy eksploatacji, niezawodno��, tribologi�, diagnostyk� techniczn� i bezpiecze�stwo maszyn. Składowe dziedziny nauk eksploatacyjnych przedstawiono na rys.2.1, przy czym ze wzgl�du na tre�ci tej ksi��ki diagnostyk� techniczn� potraktowano jako główn� w tej specyfikacji.

Rys.2.1 Miejsce diagnostyki technicznej w nauce o eksploatacji. Wyeksponowanie miejsca i roli eksploatacji w gospodarce (rys.2.2), na któr� składaj� si� produkcja, dystrybucja i konsumpcja wi��e si� z zale�no�ciami wyst�puj�cymi w procesie pracy, gdzie umiejscowione s� ró�nego typu maszyny i urz�dzenia techniczne. Rys.2.2 Miejsce i rola eksploatacji w gospodarce. Produkcja (wytwarzanie) jest �wiadom� i celow� działalno�ci� ludzk�, przy realizacji której nale�y d��y� do optymalnego wykorzystania maszyn i urz�dze� dla zaspokojenia społecznych potrzeb. Dystrybucja, to równie� �wiadoma i celowa działalno�� ludzka zmierzaj�ca do optymalnego zaspokojenia potrzeb produkcji i konsumpcji przez racjonalny podział zasobów, ich przechowywanie i przemieszczanie za pomoc� wszelkiego rodzaju urz�dze� transportowych i magazynowych. Konsumpcja to bezpo�rednie zaspokojenie potrzeb ludzkich i produkcyjnych z uwzgl�dnieniem minimalizacji nakładów �rodków materialnych, finansowych oraz nakładów pracy �ywej i uprzedmiotowionej. W ka�dym z wymienionych działów gospodarki wyst�puje praca ludzi oraz maszyn i urz�dze�. Jest to społeczne miejsce pracy uprzedmiotowionej i zwi�zane z ni� procesy eksploatacji. Realizacja zada� produkcyjnych jest mo�liwa dzi�ki maszynom, których istnienie obejmuje faz� warto�ciowania (zaistnienie potrzeby), konstruowania, wytwarzania i eksploatacji. Zapewnienie wymaganej jako�ci nowo konstruowanych lub modernizowanych maszyn jest mo�liwe przez wykorzystanie dokona� wskazanych nauk eksploatacyjnych, w tym szczególnie poprzez racjonalne stosowanie osi�gni�� diagnostyki technicznej. 2.3 Teoria eksploatacji Teoria eksploatacji zajmuje si� syntez�, analiz� i badaniem systemów eksploatacji, a w szczególno�ci zagadnieniami procesów u�ytkowania i obsługiwa� technicznych maszyn i urz�dze� wyst�puj�cych w tych systemach [4,7,11]. Obiekty b�d�ce w zakresie rozwa�a� teorii i praktyki eksploatacji, w zale�no�ci od potrzeb b�d� traktowane jako urz�dzenia, maszyny, systemy lub obiekty. Z definicji eksploatacji wypływa zakres oczekiwanych, merytorycznych umiej�tno�ci, które mo�na przedstawi� jako: - kierowanie eksploatacj�, a w tym kontrolowanie procesów eksploatacyjnych oraz dobieranie, motywowanie, instruowanie i szkolenie eksploatatorów; - formułowanie zada� projektowych, wytycznych zakupu i warunków dostawy, dotycz�cych obiektów technicznych - przyszłych obiektów eksploatacji; - projektowanie i organizowanie systemów eksploatacji, a w tym wyznaczanie warunków eksploatacji optymalnej; - identyfikowanie stanów technicznych obiektów eksploatacji i stanów systemów eksploatacji; - identyfikowanie cech systemów eksploatacji, a w tym - ich warto�ci; - okre�lanie, wyznaczanie i ocenianie sprawno�ci systemu eksploatacji; - okre�lanie, wyznaczanie i ocenianie ryzyka i szans eksploatacji; - planowanie strategiczne eksploatacji (rozwój, modernizacja); - dobieranie technologii eksploatacji i organizowanie usług serwisowych.

Ta charakterystyka umiej�tno�ci w zakresie in�ynierii eksploatacji okre�la zadania teorii eksploatacji, która winna wypracowywa� i doskonali� nast�puj�ce metodyki: * projektowania i organizowania systemów eksploatacji; * analizy ryzyka i szans przedsi�wzi�� eksploatacyjnych; * planowania strategicznego eksploatacji; * kierowania eksploatacj� i sterowania procesami eksploatacji; * analizy ekonomicznej eksploatacji; * bada� eksploatacyjnych; * opracowywania tre�ci i technik instrukcji eksploatacyjnych; * motywowania eksploatatorów. Ogólnie zatem, problematyka eksploatacji znajduj�ca ostatnio swoje miejsce w systemie logistycznym, ma struktur� wielowarstwow� (hierarchiczn�), do której analizy niezb�dne s� metody wypracowywane przez ogóln� teori� systemów. Do podstawowych praw rz�dz�cych eksploatacj� maszyn nale�y zaliczy�: * ka�de urz�dzenie techniczne (maszyna) jest obiektem eksploatacji i słu�y człowiekowi do realizacji okre�lonego celu; * system eksploatacji składa si� z podsystemu u�ytkowania i obsługiwa� technicznych; * nie ma obiektu eksploatacji, którego nie mo�na byłoby u�ytkowa�; * nie ma obiektu eksploatacji, który nie wymaga obsługiwania technicznego; * obiekt eksploatacji zu�ywa swój potencjał eksploatacyjny i wytwarza dochód; * obsługiwany obiekt eksploatacji odzyskuje swój potencjał eksploatacyjny i wymaga nakładów eksploatacyjnych; * proces eksploatacji obiektu jest realizowany w okre�lonym przedziale czasu. W ocenie działania zło�onych systemów eksploatacji wykorzystuje si� nast�puj�ce własno�ci: - efektywno��: uto�samiana ze skutkiem wykorzystania zasobów w okre�lonym czasie, w sensie zamierzonego celu; - gotowo��: wyra�aj�ca mo�liwo�� działania eksploatowanych obiektów, w tym równie� systemu jako cało�ci, w danej chwili czasu; - wydajno��: uto�samiana z intensywno�ci� realizacji zada�; - skuteczno��: własno�� osi�gania stanów wyró�nionych jako pozytywne w zbiorze stanów mo�liwych; - sprawno��: mo�liwo�� znajdowania si� systemu w stanach okre�lonych przez system nadrz�dny; - ekonomiczno��: własno�� wyra�aj�ca relacje mi�dzy warto�ci� uzyskanych efektów a wielko�ci� nakładów, poniesionych w pewnym okresie czasu; - niezawodno��: własno�� wyra�aj�ca stopie� zaufania, �e spełnione zostanie wymagane działanie. Przedstawione własno�ci systemu eksploatacji maszyn, zorganizowanego według okre�lonych reguł działania to zakres zainteresowa� składowych dziedzin nauki o eksploatacji maszyn i urz�dze� technicznych. Z racji tre�ci merytorycznych tej ksi��ki w dalszej cz��ci przedstawiono tylko główne elementy teorii eksploatacji, wi���ce si� bezpo�rednio z zagadnieniami diagnostyki eksploatacyjnej maszyn, wskazuj�ce na miejsce i rol� bada� diagnostycznych w realnych systemach eksploatacji maszyn. 2.3.1 System eksploatacji maszyn

W wieloetapowym procesie istnienia maszyn (warto�ciowanie, konstruowanie, wytwarzanie, eksploatacja) faza eksploatacji jest weryfikacj� ko�cow� efektywno�ci działania wytworu (wyrobu), ujmuj�c� „jako��” wszystkich poprzednich etapów.

Współcze�nie pod poj�ciem "eksploatacja" rozumie si� zespół celowych działa� organizacyjno - technicznych i ekonomicznych ludzi z urz�dzeniami technicznymi oraz wzajemne relacje wyst�puj�ce mi�dzy nimi od chwili przej�cia urz�dzenia do wykorzystania zgodnie z przeznaczeniem, a� do jego utylizacji po likwidacji. Działalno�� eksploatacyjna przebiega w obr�bie logistyki, w ramach ró�nych systemów produkuj�cych rozliczne dobra i �wiadcz�cych przeró�ne usługi. Systemy te s� na ogół zło�one i wydzielenie w nich podsystemu eksploatacji wcale nie jest łatwe. Schemat strukturalny systemu eksploatacji maszyn pokazano na rys.2.3, wyró�niaj�c w nim jako główne: - podsystem sterowania z jego składowymi, - podsystem u�ytkowania z jego składowymi, - podsystem logistyczny, - podsystem procesowy. Taka struktura systemu eksploatacji zawiera znane dotychczas elementy główne tego systemu (u�ytkowanie i obsługiwanie), przy czym obsługiwanie to podsystem zapewnienia zdatno�ci potraktowany jako podrz�dny dla podsystemu u�ytkowania [8,12]. Rys.2.3 Elementy systemu eksploatacji maszyn. Z punktu widzenia teorii systemów cało�ciowe potraktowanie procesu eksploatacji maszyn wraz z procesami realizowanymi przez człowieka przedstawia rys.2.4. Stopie� ogólno�ci rozwa�a� procesu eksploatacji pozwala wyznaczy� tu nast�puj�ce zbiory procesów: - procesy sterowane, - procesy informacyjne (np. in�ynieria diagnostyki), - procesy nie sterowane. Takie uj�cie pozwala wyra�nie wyró�ni� miejsce diagnostyki technicznej w strukturze systemu eksploatacji, dostarczaj�cej informacji o stanach procesów destrukcyjnych elementów maszyn, niezb�dnych do podejmowania racjonalnych decyzji eksploatacyjnych. Rys.2.4 Procesy eksploatacyjne. Ka�dy z tych zbiorów mo�na zdekomponowa� na podzbiory charakteryzuj�ce szczegółowo zakres problemowy elementów składowych procesu eksploatacji, co przedstawiono na rys.2.5. W systemie eksploatacji maszyn jako główny zawsze traktowany jest podsystem u�ytkowania i nieodł�cznie z nim zwi�zany podsystem obsługiwa� technicznych. W podsystemie u�ytkowania znajduj� si� tylko maszyny zdatne i mog� one by� u�ytkowane intensywnie (zgodnie z przeznaczeniem) lub wyczekuj�co, kiedy trwa postój na zapotrzebowanie do u�ycia. Rys.2.5 Szczegółowy zakres procesów eksploatacyjnych maszyn.

Ka�da niezdatno�� powoduje przej�cie maszyny do podsystemu obsługiwa� technicznych. W tym podsystemie wyró�nia si� podsystemy:

• zabiegów profilaktycznych; obsługiwanie w dniu u�ytkowania (OU), obsługiwanie po okre�lonym przebiegu pracy (OT), obsługiwanie sezonowe (OS), obsługiwanie powypadkowe (OA), obsługiwanie uprzedzaj�ce (OP), okresu docierania (OD) itd., • rozpoznania stanu i pomocy technicznej; diagnostyka techniczna (DT), rozpoz- nanie i pomoc techniczna (PT). • napraw; naprawa bie��ca (NB), naprawa �rednia (NS), naprawa główna (NG), naprawa poawaryjna (NA) itd., • konserwacji; konserwacja krótkoterminowa (KK), �rednioterminowa (KS), długoterminowa (KD),

Zadaniem podsystemu obsługiwa� technicznych jest usuni�cie niezdatno�ci maszyny lub wykonanie niezb�dnie koniecznych czynno�ci obsługowych(zalecanych przez wytwórc�). Eksploatowanie rozlicznych urz�dze� warunkuje rozwój produkcji wytworów nie b�d�cych urz�dzeniami, rozwój realizacji usług oraz rozwój produkcji urz�dze�. Tak rozumiana działalno�� eksploatacyjna powinna charakteryzowa� si� :

• technik� eksploatacyjn� eliminuj�c� ci��k� prac� ludzi, • �rodkami eksploatacji umo�liwiaj�cymi minimalizacj� kosztów, • warunkami eksploatacji umo�liwiaj�cymi maksymalizacj� trwało�ci urz�dze�.

Znajomo�� stanu maszyny jak i mo�liwo�ci prognozowania tego stanu na okre�lony horyzont czasowy to główne nowo�ci wykorzystywane coraz cz��ciej w stosowanych współcze�nie strategiach eksploatacji maszyn. Ze wzgl�du na losowy charakter przebiegu procesu eksploatacji maszyn (np. zmienne warunki pracy, obci��enia), uzyskanie dostatecznie wiarygodnych prognoz wymaga wykorzystania metod statystycznych. Uzyskanie niezb�dnych do tego danych jest mo�liwe poprzez dozorowanie stanu obiektu. Analiza tych danych mo�e by� nast�pnie wykorzystana do genezowania stanu obiektu w wybranych przedziałach czasu, a tak�e do celów sprawozdawczych i wielu innych. Zmiany wywołane stanem niezawodno�ciowym eksploatowanych maszyn (uszkodzenia, przestoje) maj� charakter losowy i ich wpływ na zmian� intensywno�ci u�ytkowania usiłuje si� zminimalizowa� za pomoc� ró�nych form rezerwowania. Kierownictwo zakładu, prowadzi polityk� eksploatacyjn� polegaj�c� na sterowaniu stanem zdatno�ci maszyn w taki sposób, by uzyskiwa� optymalne efekty. Najcz��ciej stosowanym kryterium optymalizacyjnym jest tu koszt eksploatacyjny, rozumiany jako suma uogólnionych nakładów na u�ytkowanie i obsługiwanie maszyn. 2.3.2 Strategie eksploatacji maszyn Ustalenie miejsca i funkcji diagnostyki technicznej w systemie eksploatacji maszyn warunkuje potrzeb� omówienia istniej�cych strategii eksploatacji, w oparciu o które realizowane s� procesy u�ytkowania i obsługiwa� technicznych maszyn w przedsi�biorstwach.

Strategia eksploatacyjna polega na ustaleniu sposobów prowadzenia u�ytkowania i obsługiwania maszyn oraz relacji mi�dzy nimi w �wietle przyj�tych kryteriów. W literaturze znane s� nast�puj�ce strategie eksploatacji maszyn [9,12]:

• według niezawodno�ci, •••• według efektywno�ci ekonomicznej, •••• według ilo�ci wykonanej pracy, •••• według stanu technicznego, • autoryzowana strategia eksploatacji maszyn.

Najcz��ciej w oparciu o jedn� z powy�szych strategii buduje si� system eksploatacji przedsi�biorstwa, przy czym elementy pozostałych strategii s� cz�sto jego uzupełnieniem. W praktyce przemysłowej wyst�puj� wi�c najcz��ciej strategie eksploatacji mieszane, dostosowane do wymaga� i warunków eksploatowanych maszyn. STRATEGIA WEDŁUG NIEZAWODNO�CI. Eksploatacja maszyn według tej strategii sprowadza si� do podejmowania decyzji eksploatacyjnych w oparciu o wyniki okresowej kontroli poziomu niezawodno�ci urz�dze� (ró�ne wska�niki niezawodno�ciowe), eksploatowanych a� do wyst�pienia uszkodzenia. Strategia wg niezawodno�ci, zwana inaczej strategi� „według uszkodze�” polega na eksploatacji obiektu do chwili wyst�pienia uszkodzenia. Badania niezawodno�ci maszyn w tej strategii prowadzono dotychczas przy wykorzystaniu metod statystycznych dla obserwowanych zdarze�, co obecnie zast�puje komputerowa technika symulacyjna i programowane badania niezawodno�ci. Wyró�niane w ba-daniach niezawodno�ci maszyn słabe ich ogniwa s� cennym wskazaniem dla konieczno�ci prowadzenia bada� diagnostycznych. Nie trzeba uzasadnia�, �e strategia ta mo�e by� stosowana tylko wówczas, gdy nast�pstwa uszkodze� nie naruszaj� zasad bezpiecze�stwa pracy i nie zwi�kszaj� kosztów eksploatacji maszyn. STRATEGIA WEDŁUG EFEKTYWNO�CI EKONOMICZNEJ. Jest to strategia oparta o kryterium minimalnych kosztów eksploatacji maszyn, a decyzje eksploatacyjne podejmowane s� w oparciu o wska�nik zysku. Podstaw� podejmowanych decyzji s� dane o niezawodno�ci, kosztach u�ytkowania i napraw eksploatowanych maszyn. Wa�nym czynnikiem w tej strategii jest post�p techniczny, którego wysoka dynamika okre�la starzenie moralne maszyn, a wi�c czynnik wnikliwie �ledzony przez potencjalnych odbiorców. Strategia ta ma zastosowanie równie� w sytuacjach gdy moralne starzenie si� maszyn wyprzedza ich zu�ycie fizyczne. W tej strategii kryterium efektywno�ci ekonomicznej, a wi�c opłacalno�ci eksploatacji maszyny staje si� podstaw� decyzji o wycofaniu maszyny z u�ycia. Wyniki efektywno�ci ekonomicznej mog� cz�sto doprowadza� do wycofywania maszyn z eksploatacji jeszcze zdatnych, lecz niezadowalaj�cych u�ytkownika eksploatacji. Poprawne stosowanie tej strategii wymaga gromadzenia du�ej ilo�ci informacji statystycznych z zakresu gospodarki finansowej działu eksploatacji, znajomo�ci modeli decyzyjnych, mierników warto�ci i wska�ników efektywno�ci ekonomicznej oraz rachunku optymalizacyjnego. STRATEGIA WEDŁUG ILO�CI WYKONANEJ PRACY.

Eksploatowanie maszyn w tej strategii jest limitowane ilo�ci� wykonanej pracy, która mo�e by� okre�lana liczb� godzin pracy, ilo�ci� zu�ytego paliwa, liczb� przejechanych kilo-metrów, liczb� cykli pracy itp. Generaln� zasad� w tej strategii jest zapobieganie uszkodzeniom (zu�yciowym, starzeniowym) poprzez konieczno�� wykonywania zabiegów obsługowych w oznaczonych limitach wykonanej pracy, przed osi�gni�ciem granicznego poziomu zu�ycia. Z punktu widzenia wykorzystania rzeczywistego potencjału u�ytkowego maszyny jest to strategia mało efektywna, gdy� podstaw� przyjmowania dopuszczalnej ilo�ci pracy s� ekstremalne warunki pracy. Przyjmuje si� tu najniekorzystniejsze warunki pracy, najsłabsze ogniwa (zespoły, cz��ci) maszyny, ekstremalne obci��enia, które nie zawsze i w nierównym stopniu mog� si� ujawni� podczas eksploatacji. Strategia ta, mimo do�� powszechnego stosowania, posiada szereg wad, jak np.:

• planowanie czynno�ci obsługowych odbywa si� w oparciu o normatyw, niezale�nie od stanu technicznego maszyny, co prowadzi do wykonywania zb�dnych prac obs- ługowych i nadmiernego zu�ywania cz��ci i materiałów eksploatacyjnych; • sztywne struktury cykli naprawczych (naprawy główne) nie odpowiadaj�ce rzeczy wistym potrzebom; • bardzo mała efektywno�� wykorzystania potencjału u�ytkowego maszyny; • przyj�te normatywy nie uwzgl�dniaj� post�pu technicznego, nie wyzwalaj� inicjatywy personelu obsługuj�cego, nie doskonal� systemu eksploatacji; • ustalenie optymalnego czasu poprawnej pracy maszyny jest trudne, a to prowadzi do wzrostu kosztów eksploatacji.

STRATEGIA WEDŁUG STANU TECHNICZNEGO. Strategia według stanu opiera podejmowanie decyzji eksploatacyjnych na podstawie bie��cej oceny stanu technicznego maszyn, ich zespołów lub elementów (rys.2.6). Umo�liwia to eliminowanie podstawowych wad eksploatacji maszyn według innych, omówionych ju� strategii. zakłócenia

WE SYSTEM WY EKSPLOATACJI MASZYN PODSYSTEM DIAGNOSTYCZNY (informacje o stanie maszyn) DECYZJE ALGORYTM WZORZEC

EKSPLOATACYJNE POSTPOWANIA STANU Rys.2.6 Diagnostyczne sterowanie systemem eksploatacji maszyn. Aktualny stan techniczny maszyny, odwzorowany warto�ciami mierzonych symptomów stanu, jest podstaw� decyzji eksploatacyjnej. Poprawna realizacja tej strategii wymaga skutecznych metod i �rodków diagnostyki technicznej oraz przygotowanego personelu technicznego. Wymaga te� przezwyci��enia nieufno�ci decydentów co do efektywno�ci takiego sposobu eksploatacji. Efekty ekonomiczne z takiego sposobu eksploatacji s� niewspółmiernie wy�sze ni� w innych strategiach, co warunkuje powodzenie i ogromne zainteresowanie tym rozwi�zaniem. Podstawowym warunkiem powodzenia tej strategii jest dost�pno�� prostych i skutecznych metod diagnostycznych, najlepiej wkonstruowanych w produkowane maszyny, które z kolei s� nadzorowane w systemie monitorowania stanu. W oparciu o omówione strategie eksploatacji maszyn w praktyce przemysłowej budowane s� systemy obsługiwa� technicznych maszyn. Do najbardziej rozpowszechnionych nale�� :

• system wymian profilaktycznych; budowany głównie w oparciu o strategi� eksplo atacji według efektywno�ci; (dla obiektów jednostkowych, odpowiedzialnych-gdzie prowadzi si� wymiany profilaktyczne dla unikni�cia awarii), • planowo - zapobiegawczy system obsługiwa� technicznych; budowany w oparciu o strategi� według ilo�ci wykonanej pracy; (z góry zaplanowany zakres i cz�stotliwo�� obsługiwa� technicznych, niezale�nie od aktualnego stanu, czyli potrzeb),

• planowo - zapobiegawczy system obsługiwa� technicznych z diagnozowaniem; (jak wy�ej, lecz wspomagany cz��ciowym diagnozowaniem stanu maszyny), • system obsługiwa� technicznych według stanu; (czynno�ci obsługowe - cz�sto- tliwo�� i zakres - wyznaczane s� w oparciu o aktualny stan techniczny maszyny). AUTORYZOWANA STRATEGIA ISTNIENIA MASZYNY Jako�ciowe zmiany wymuszone gospodark� rynkow� maj� rozległe konsekwencje we wszystkich sferach gospodarowania, w tym równie� w eksploatacji �rodków trwałych. Wymagania od strony "jako�ci", marketingu i logistyki zmieniaj� radykalnie kryteria oceny maszyn, daj�c przesłanki do dalszego, rosn�cego zainteresowania metodami i �rodkami diagnostyki technicznej. Potrzeby i uwarunkowania gospodarki rynkowej uzasadniaj� konieczno�� wprowadzenia nowoczesnej autoryzowanej strategii wytwarzania i eksploatacji maszyn. W propozycji tej strategii nie traci si� dotychczasowych dokona� najnowszej strategii eksploatacji według stanu, lecz twórczo si� j� modernizuje. Sama idea tej strategii, pokazana na rys.2.7, opiera si� na wykorzystaniu "p�tli jako�ci", któr� uzupełniono elementami teorii eksploatacji (fazy istnienia maszyny, serwis) oraz diagnostyki technicznej. Rys.2.7 Autoryzowana strategia istnienia maszyny

Proponowana strategia eksploatacji- ASIM -imiennie wskazuje na twórc� i odpowiedzialnego za wyrób. Producent zainteresowany jako�ci� i pó�niejszym zbytem jest odpowiedzialny za wyrób od zamysłu, poprzez konstrukcj�, wytwarzanie i eksploatacj�, a� do utylizacji po likwidacji obiektu. Tym samym producent konstruuje i wytwarza swoje wyroby w oparciu o najnowsze osi�gni�cia my�li technicznej, zabezpiecza swój wytwór własnym serwisem obsługowym w czasie eksploatacji, a tak�e wyposa�a obiekty w �rodki diagnostyczne (najlepiej automatyczne). 2.4 Niezawodno�� maszyn Teoria niezawodno�ci zajmuje si� metodami syntezy i analizy oraz bada� niezawodno�ci systemów technicznych na etapie projektowania, wytwarzania i eksploatacji. Niezawodno�� to zespół wła�ciwo�ci, które opisuj� gotowo�� obiektu i wpływaj�ce na ni�: nieuszkadzalno��, obsługiwalno�� i zapewnienie �rodków obsługi. Definicja ta jest odpowiednikiem cz�sto jeszcze przywoływanej normy, gdzie: „niezawodno�� to wła�ciwo�� obiektu charakteryzuj�ca jego zdolno�� do wykonywania okre�lonych funkcji, w okre�lonych warunkach i w okre�lonym przedziale czasu”. Termin ten oznaczał wła�ciwo�� kompleksow�, obejmuj�c� takie wła�ciwo�ci, jak: nieuszkadzalno��, trwało��, naprawialno�� i przechowywalno��. Problematyka teorii niezawodno�ci obejmuje nie tylko techniczne aspekty istnienia i funkcjonowania urz�dze�. W fazie tworzenia systemów, organizowania ich eksploatacji i sposobu odnowy, pojawiaj� si� problemy oceny efektywno�ci ró�nych mo�liwych rozwi�za� i wyboru wariantu najlepszego z punktu widzenia celu, któremu ma on słu�y�. Obok wska�ników technicznych, okre�laj�cych jako�� i niezawodno�� działania systemu, nale�y uwzgl�dni� ekonomiczn� stron� rozwi�zania - oczekiwany dochód z systemu, koszty z nim zwi�zane, ewentualne straty z powodu przestoju. Podstawowe cechy jako�ci eksploatacyjnej maszyn, okre�laj�ce niezawodno�� oraz u�yteczno�� pokazano na rys.2.8. Rys.2.8 Niezawodno�ciowe cechy jako�ci maszyn. Badania niezawodno�ci maj� głównie na celu opracowanie sposobów post�powania prowadz�cych do budowy układów, charakteryzuj�cych si� mo�liwie najwi�ksz� niezawodno�ci� w aktualnych warunkach eksploatacji. Realizacja tego celu wymaga okre�lenia ilo�ciowych miar niezawodno�ci, opracowania metod przeprowadzania bada� i oceny niezawodno�ci, znalezienia sposobów wykrywania przyczyn powoduj�cych uszkodzenia, zbadania mo�liwo�ci usuwania tych przyczyn lub zmniejszenia ich intensywno�ci, zapobiegania uszkodzeniom przez stosowne procedury obsługowe. Rozwi�zanie problemów niezawodno�ci obiektów mechanicznych sprowadza si� do: * opracowania sformalizowanych modeli oceny niezawodno�ci; * ustalenia optymalnych rozwi�za� konstrukcyjnych; * ustalenia optymalnych technologii wytwarzania; * prognozowania niezawodno�ci maszyn w trakcie ich eksploatacji; * opracowania efektywnych systemów eksploatacji w sensie niezawodno�ci. Kształtowanie niezawodno�ci maszyn jest mo�liwe przez realizacj� nast�puj�cych celów: - uwzgl�dnienie trwało�ci i niezawodno�ci zespołów w konstruowaniu i technologii wytwarzania;

- wdro�enie programów i metod bada� eksploatacyjnych trwało�ci i niezawodno�ci oraz ustalenie stanów granicznych w celu wykrycia słabych ogniw; - wprowadzenie metod i kryteriów oceny technicznej i ekonomicznej trwało�ci i niezawodno�ci maszyn. Realizacja tych celów winna doprowadzi� do zwi�kszenia efektywno�ci układów, ich gotowo�ci i zdolno�ci produkcyjnych, zmniejszenia kosztów eksploatacji, w tym kosztów u�ytkowania, obsługiwa� technicznych, cz��ci zamiennych i materiałów eksploatacyjnych. W systemie bada� niezawodno�ci obiektów mechanicznych stosowane s� metody: * bada� modelowych, w tym bada� symulacyjnych; * bada� stanowiskowych; * bada� eksploatacyjnych (statystycznych i programowanych); * bada� eksploatacyjno-stanowiskowych. Program przebiegu bada� niezawodno�ci dla całego okresu istnienia obiektu pokazano na rys.2.9, natomiast zestawienie danych zbieranych w trakcie badania niezawodno�ci maszyn pokazuje rys.2.10. Rys.2.9 Badania niezawodno�ci obiektu w cyklu jego istnienia. Rodzaj zbieranej informacji w warunkach bada� eksploatacyjnych, w których uzewn�trzniaj� si� własno�ci niezawodno�ciowe obiektu s� zale�ne od przewidywanego zakresu jej wykorzystania. Ni�ej wymieniono główne grupy oceny niezawodno�ciowej obiektu okre�lane na podstawie informacji eksploatacyjnej [2,8]. Nale�� do nich : 1. Wyznaczenie liczbowych wska�ników niezawodno�ci, takich jak: liczba uszkodze� na jednostk� czasu pracy obiektu, gotowo�� obiektu, itp. Do ich wyznaczenia wystarcza informacja zbiorcza, typu: ł�czny czas pracy, ł�czny czas naprawy, ł�czna liczba uszkodze� w zadanym przedziale czasu eksploatacji. 2. Wyznaczanie funkcyjnych wska�ników niezawodno�ci, takich jak: funkcja niezawodno�ci, funkcja intensywno�ci uszkodze�, funkcja wiod�ca rozkładu, funkcja odnowy, itp. Celem bada� mo�e by� wyznaczenie warto�ci chwilowych wymienionych funkcji (metody nieparametryczne) lub warto�ci parametrów modeli matematycznych rozkładu zmiennych losowych (np. czas pracy do uszkodzenia, czas pracy mi�dzy uszkodzeniami, czas trwania odnowy, itp.). Przy wyznaczaniu funkcyjnych wska�ników niezawodno�ci niezb�dna jest znajomo�� historii stanów wszystkich badanych obiektów. 3. Wyznaczanie parametrycznej niezawodno�ci obiektu, np. prawdopodobie�stwa zgodno�ci cech mierzalnych obiektu z wymaganiami w zadanym przedziale czasu eksploatacji. 4. Wyznaczanie modeli procesu powstawania uszkodze�. Modele procesu powstawania uszkodze� wyznaczane s� na podstawie analizy fizyko-chemicznej procesów zachodz�cych w obiekcie (zu�ycie, korozja, zm�czenie, itp.). Informacja niezb�dna do syntezy modeli procesu powstawania uszkodze� mo�e by� uzyskiwana w procesie analiz technicznych przyczyn uszkodze� lub w procesie wykonywania zabiegów obsługowych. 5. Diagnozowanie stanu niezawodno�ciowego obiektu, np. wyznaczanie tendencji zmian wska�ników niezawodno�ci, ustalanie słabych ogniw, itp. Do diagnozowania aktualnego stanu niezawodno�ciowego obiektu niezb�dna jest informacja zebrana z wielu przedziałów czasowych, znajomo�ci skutków uszkodze� ze wzgl�du na bezpiecze�stwo, wykonanie zadania, poniesionych nakładów na naprawy, itp. Do wygenerowania diagnozy niezb�dne s�

wieloletnie banki informacji o uszkodzeniach obiektów z uwzgl�dnieniem ró�nego rodzaju skutków uszkodze�. 6. Prognozowanie wyst�powania stanów niezawodno�ciowych obiektu. W celu dokonania prognozy niezb�dna jest znajomo�� modeli matematycznych procesu powstawania prognozowanych uszkodze�. Do wyznaczenia tych modeli niezb�dne jest zbieranie informacji w czasie wykonywania czynno�ci obsługowych, np. warto�ci cech obiektów podlegaj�cych kontroli lub regulacji. Rys.2.10 Składowe informacji w badaniach niezawodno�ci. 7. Wyznaczanie skuteczno�ci działa� obsługowych, np. wykrywalno�� uszkodze� w ró�nych obsługach (kontrola stanu, profilaktyka), wystarczalno�� cz��ci zamiennych, stopie� wykorzystania oprzyrz�dowania obsługowego, itp. Potrzebne informacje zbierane s� w czasie obsługiwa� technicznych i napraw. Na podstawie wska�ników skuteczno�ci działania obsługowego podejmowane mog� by� decyzje modernizacyjne. Szybkie upowszechnienie sprz�tu komputerowego, daleko zaawansowane rozwi�zania modelowe i wdro�enia w zakresie programowanych bada� niezawodno�ci, to tylko niektóre kierunki nowoczesnej teorii niezawodno�ci maszyn, umo�liwiaj�ce cało�ciowe badania niezawodno�ciowe obiektów. Teoria i badania niezawodno�ci obiektów mechanicznych s� rozwijane przy czynnym wykorzystaniu uj�cia systemowego, z uwzgl�dnieniem: - zło�ono�ci struktury; - zmienno�ci lub przypadkowo�ci warto�ci parametrów; - wyst�powania ogniw antropotechnicznych w układzie sterowania; - nieliniowo�ci charakterystyk; - losowo�ci oddziaływania otoczenia na maszyny; - zmienno�ci warunków pracy i sterowania. Teoria i badania niezawodno�ci obiektów mechanicznych musz� przy tym dotyczy� projektowania – wytwarzania - eksploatacji, poł�czonych funkcjonalnie z kreowaniem potrzeby okre�lonej maszyny. 2.5 Tribologia Tribologia jest nauk� o tarciu i procesach towarzysz�cych tarciu. Zajmuje si� opisem zjawisk fizycznych (mechanicznych, elektrycznych, magnetycznych, itp.), chemicznych, biologicznych i innych w obszarach tarcia. Zakres tribologii nie ogranicza si� tylko do procesów tarcia w maszynach, ale równie� odnosi si� do wszystkich procesów tarcia w przyrodzie i w technice. Do wa�nych zjawisk towarzysz�cych tarciu, a maj�cych du�e znaczenie techniczne, nale�� procesy zu�ywania materiałów tr�cych oraz smarowanie. Technicznym zastosowaniem tribologii zajmuje si� tribotechnika [3,5,10]. Tribologia została wi�c okre�lona jako nauka interdyscyplinarna, która zajmuje si� cz��ci� zespołu wła�ciwo�ci ciał b�d�cych tak�e przedmiotem zainteresowa�: fizyki, fizyki ciała stałego, chemii oraz nauk technicznych: in�ynierii materiałowej, konstrukcji maszyn i technologii �rodków smaruj�cych. W tym zakresie zainteresowa� znajduj� si� te� problemy metrologii warstwy wierzchniej, jak�e cz�sto decyduj�cej o jako�ci wytworów i własno�ciach eksploatacyjnych. Schemat powi�za� tribologii i tribotechniki z innymi naukami pokazano na rys.2.11.

Rys.2.11 Współzale�no�ci tribologii w dziedzinie nauk: I-nauki podstawowe, II-nauki techniczne, III-wytwarzanie i eksploatacja. Do podstawowych zagadnie�, którymi zajmuje si� tribologia nale��: * fizyka, chemia i metaloznawstwo działaj�cych na siebie nawzajem obszarów tarcia, znajduj�cych si� w ruchu wzgl�dnym; * smarowanie płynne, np. hydrostatyczne, hydrodynamiczne, aerostatyczne i aerody- namiczne; * tarcie mieszane ciał stałych; * smarowanie w specjalnych warunkach, np. przy obróbce plastycznej, wiórowej, itp.; * badanie zjawisk w mikroobszarach tarcia smarowanych powierzchni elementów maszyn; * własno�ci i zachowanie podczas pracy warstwy wierzchniej obszarów tarcia; * własno�ci i zachowanie podczas pracy substancji smarnych, ciekłych, półciekłych, gazowych i stałych; * badania nad zastosowaniem substancji smaruj�cych do maszyn; * zastosowanie, przechowywanie i wydawanie materiałów smarnych. Tak zarysowana problematyka tribologii znajduje swoje odzwierciedlenie praktyczne i badawcze w dwóch grupach problemowych: * tribologia klasyczna, przyjmuj�ca postulat, w którym dwa podstawowe materiały stykaj� si� bezpo�rednio i tworz� poprzez powierzchnie warstw wierzchnich styk wymuszony. Terminy i poj�cia tego zakresu bada� przedstawiono na rys.2.12. Rys.2.12 Zakres tematyczny tribologii klasycznej. * tribologia współczesna, nawi�zuj�ca do funkcjonuj�cego w przyrodzie tarcia w or- ganizmach o�ywionych, posiadaj�cego konstruktywny charakter oparty o procesy samoorganizacji przenoszenia materii, energii i informacji. Postulat, terminy i poj�- cia tego zakresu bada� przedstawiono na rys.2.13. Rys.2.13 Zakres tematyczny tribologii współczesnej. Wymiana energii materii pomi�dzy w�złem tarcia i otaczaj�cym �rodowiskiem oraz wewn�trzne współdziałanie kompleksów i jonów poszczególnych mikroelementów prowa- dzi do tworzenia warstewki chroni�cej powierzchnie tarcia przed zu�yciem. Wytworzona w procesie tarcia warstewka nazywa si� „serwowitn�”. Tarcie nie mo�e zniszczy� tej warstew-ki, poniewa� stymuluje taki strumie� energii, który j� wytwarza. Wyzwaniem wi�c współczesnej tribologii jest potrzeba opracowania sposobu wytwa-rzania „serwowitnych” warstw na powierzchniach skojarze� tr�cych. Szereg bada� dotycz�- cych np. nowych materiałów, odporno�ci na docieranie, zm�czenie, szczepienia itp. stan� si� wówczas bezprzedmiotowe. Od elementów w�złów tarcia wymaga� si� b�dzie głównie odpowiedniej wytrzyma- ło�ci obj�to�ciowej, a istota bada� sprowadzi si� do ukonstytuowania warstwy wierzchniej sprzyjaj�cej tworzeniu warunków „bezzu�yciowego” tarcia. Funkcjonowanie systemów samoorganizacji przy �rednio stałej warto�ci ich entropii jest problemem niezwykle zło�onym, obejmuj�cym zbiór wielu zjawisk, których poznanie jest zaledwie w pocz�tkowej fazie.

2.6 Diagnostyka techniczna Termin "diagnostyka" pochodzi z j�zyka greckiego, gdzie diagnosis - oznacza rozpoznanie, rozró�nianie, os�dzanie, a diagnostike techne - sztuka rozró�niania, sztuka stawiania diagnozy. Ukształtowana ju� w obr�bie nauk eksploatacyjnych dziedzina wiedzy diagnostyka techniczna - zajmuje si� ocen� stanu technicznego maszyn poprzez badanie własno�ci procesów roboczych i towarzysz�cych pracy maszyny, a tak�e poprzez badanie własno�ci wytworów maszyny. Istota diagnostyki technicznej polega na okre�laniu stanu maszyny (zespołu, podzespołu, elementu) w sposób po�redni, bez demonta�u, w oparciu o pomiar generowanych sygnałów (symptomów) diagnostycznych i porównanie ich z warto�ciami nominalnymi. Warto�� sygnału (symptomu) diagnostycznego musi by� zwi�zana znan� zale�no�ci� z diagnozowan� cech� stanu obiektu, charakteryzuj�c� jego stan techniczny [1,9,12]. Konieczno�� oceny stanu technicznego obiektu wynika z potrzeby podejmowania decyzji dotycz�cych "jako�ci" i dalszego post�powania z obiektem. Mo�e to by� decyzja o jego u�ytkowaniu, o podj�ciu przedsi�wzi�� profilaktycznych (regulacje, wymiana elementów lub całych zespołów) lub wprowadzeniu zmian w konstrukcji, technologii, eksploatacji. Diagnostyka techniczna, jak ka�da dziedzina wiedzy ma swe �ródła, paradygmaty i metodologi�. Zagadnienia te doczekały si� ju� szczegółowych opracowa�, pozwalaj�cych precyzyjnie formułowa� podstawowe cele, zadania i formy działania diagnostycznego. Do podstawowych zada� diagnostyki technicznej nale�y zaliczy�:

• badanie, identyfikacja i klasyfikacja rozwijaj�cych si� uszkodze� oraz ich symptomów, (symptom - to zorientowana uszkodzeniowo miara sygnału diagnostycznego), dyskryminant i syndromów; • opracowanie metod i �rodków do badania i selekcji symptomów, dyskryminant i syn- dromów diagnostycznych, • wypracowanie decyzji diagnostycznych o stanie obiektu (na podstawie symptomów), i wynikaj�cych z niego mo�liwo�ci wykorzystywania lub rodzaju i zakresie ko- niecznych czynno�ci profilaktycznych.

Realizacja tych zada� wymaga znajomo�ci cech stanu struktury obiektu oraz diagnostycznie zorientowanych parametrów procesów wyj�ciowych (symptomów), odwzoro-wuj�cych cechy stanu. W metodologii bada� diagnostycznych rozró�nia si� nast�puj�ce fazy badania ocenowego:

• kontrol� stanu obiektu, • ocen� stanu i jego konsekwencje,

• lokalizacj� i separacj� uszkodze� powstałych w obiekcie, • wnioskowanie o przyszłych stanach obiektu.

Te zadania realizowane s� w nast�puj�cych formach działania diagnostycznego: • diagnozowanie - jako proces okre�lania stanu obiektu w chwili tp , • genezowanie - jako proces odtwarzania historii �ycia obiektu, • prognozowanie - jako proces okre�lania przyszłych stanów obiektu.

Przedstawione formy działania diagnostycznego realizowane s� w czasie ci�głej lub dyskretnej obserwacji obiektu. Najwa�niejsze elementy terminologii diagnostycznej, szczególnie z zakresu formalizacji zapisu działa� dotycz� nast�puj�cych okre�le�: * diagnostyka techniczna - dziedzina wiedzy dotycz�ca metod i �rodków okre�lania stanu

technicznego maszyn, * diagnozowanie - zespół działa� zwi�zanych z okre�laniem obecnego i przyszłego stanu maszyny,

a) diagnozowanie u�ytkowe- okre�laj�ce przydatno�� maszyny do u�ytkowania, b) diagnozowanie obsługowe- okre�laj�ce niezb�dne działania obsługowe dla przy- wrócenia stanu zdatno�ci , c) diagnozowanie projektowe- słu��ce decyzjom projektowym, d) diagnozowanie produkcyjne- generuj�ce decyzje o jako�ci produkcji, e) diagnozowanie likwidacyjne- zwi�zane z decyzjami dotycz�cymi likwidacji maszyny,

* diagnoza - decyzja o stanie maszyny, (wynik procesu diagnozowania).

Stan techniczny obiektu jest definiowany w kategoriach jako�ci i bezpiecze�stwa jego działania, poprzez wektor miar bezpo�rednich lub po�rednich. Aktualny stan maszyny mo�na okre�la� obserwuj�c funkcjonowanie obiektu, tzn. jego wyj�cie główne przekształconej energii (lub produktu), oraz wyj�cie dyssypacyjne gdzie obserwuje si� procesy resztkowe np. termiczne, wibracyjne, akustyczne, elektromagnetyczne. Obserwacja tych wyj�� daje cał� gam� mo�liwo�ci diagnozowania stanu (rys.2.14) poprzez : * obserwacje procesów roboczych, monitoruj�c ich parametry w sposób ci�gły, czy te� prowadz�c badania sprawno�ciowe maszyn na specjalnych stanowiskach (moc, pr�dko��, ci�nienie itp.), * badania jako�ci wytworów, zgodno�ci pomiarów, pasowa�, poł�cze� itp., gdy� ogólnie tym lepszy stan techniczny maszyny im lepsza jako�� produkcji, * obserwacje procesów resztkowych, stanowi�cych baz� wielu atrakcyjnych metod diagnostycznych, opartych głównie na modelach symptomowych. zakłócenia sterowanie

zasilanie

MASZYNA przetworzona energia procesy robocze STATYKA produkt jako�� I DYNAMIKA wytworu procesy resztkowe procesy dla -wibroakustyczne bada� STAN - elektryczne, magnetyczne diagnostycznych TECHNICZNY - cieplne - tarciowe - inne destrukcyjne sprz��enie zwrotne Rys.2.14 Mo¿liwe trzy sposoby obserwacji stanu maszyny.

Efektywne wykorzystanie diagnostyki jest uwarunkowane dynamicznym rozwojem nast�puj�cych zagadnie� : - modelowania diagnostycznego, (strukturalnego, symptomowego), - metod diagnozowania, genezowania i prognozowania, - podatno�ci diagnostycznej (przyjazne metody i obiekty), - budowy ekonomicznych i dokładnych �rodków diagnozy, - precyzowania mo�liwo�ci diagnostyki w kolejnych fazach istnienia maszyny, - budowy metod oceny efektywno�ci zastosowa� diagnostyki, - metodologii projektowania i wdra�ania diagnostyki technicznej, - metod sztucznej inteligencji w diagnostyce, - projektowania systemów samodiagnozuj�cych. Jest przy tym oczywistym, �e powy�sze problemy winny by� rozwi�zane w oparciu o najnowsze dokonania ró�nych dziedzin wiedzy. Jest tu zatem miejsce na szerokie stosowanie wspomagania komputerowego w zakresie: modelowania holistycznego, planowania i realizacji bada�, wnioskowania, miejsce dla sztucznej inteligencji obejmuj�cej systemy doradcze i sieci neuronowe z udziałem logiki rozmytej. Pełna realizacja tych bada� sprawi, �e diagnostyka wypełni swoj� funkcj� tworz�c oczekiwane narz�dzia kształtowania jako�ci maszyn na wszystkich etapach ich istnienia. Patrz�c syntetycznie na ogół mo�liwych zastosowa� diagnostyki w ka�dej z faz istnienia obiektu, mo�na wyró�ni� dziedziny i zakres wiedzy niezb�dnej do prawidłowego rozwoju tej dziedziny. S� to : wiedza o obiektach, ich modelowaniu, identyfikacji, symulacji zachowa�, nauka o sygnałach i symptomach, teoria eksperymentu, teoria decyzji oraz komputerowe wspomaganie bada� diagnostycznych. Z praktycznego punktu widzenia problemy główne diagnostyki, warunkuj�ce racjonalny rozwój i praktyczne jej stosowanie, obejmuj� :

• fizykochemiczne podstawy diagnostyki technicznej, (tworzywo konstrukcyjne, warstwa wierzchnia, smarowanie, stany graniczne), • metodologiczne podstawy bada� diagnostycznych, (zadania diagnostyczne, modele diagnostyczne, identyfikacja modeli, symulacja wra�liwo�ci miar, techniki wniosko- wania, sposoby prezentacji diagnoz), • komputerowa obsługa zada� diagnostycznych, (oprogramowanie, planowanie eksperymentów, badania, przetwarzanie sygnałów, estymacja charakterystyk, redukcja wymiarowo�ci, estymacja modeli), • techniczne metody kontroli stanu obiektu, (metodyki, metody, �rodki - od najpros- tszych do systemów doradczych), • rola i miejsce diagnostyki w cyklu istnienia obiektu, (projektowanie układów diag- nostyki, projektowanie diagnostyczne, okre�lanie charakterystyk u�ytkowych, war- to�ci graniczne, sterowanie eksploatacj�), • przesłanki ekonomiczne stosowania diagnostyki, (mierniki warto�ci, modele decy- zyjne, wska�niki efektywno�ci, rachunek optymalizacyjny), • kształcenie dla potrzeb diagnostyki, (zawód, sylwetka absolwenta, poziomy kształ- cenia, doskonalenie, materiały dydaktyczne).

S� to wi�c grupy podstawowych problemów z ró�nych dyscyplin podstawowych i stosowanych, zawieraj�ce w sobie wyró�niki odr�bno�ci naukowej diagnostyki technicznej. 2.7 Badania nieniszcz�ce

Uwzgl�dniaj�c specyfik� starzenia i zu�y� w badaniach rozwijaj�cych si� uszkodze� znajduj� zastosowanie badania nieniszcz�ce, stosowane na etapie rozwoju wad materiałowych, co wyró�nia je od bada� diagnostycznych, stosowanych na etapie funkcjonowania obiektów. Celem bada� nieniszcz�cych jest: wykrycie wad, ich opis i ocena, rejestracja, dokumentacja i pomiar u�ytkowych własno�ci materiału. Dzi�ki badaniom nieniszcz�cym mo�liwa jest identyfikacja stanu materiału w wybranych chwilach istnienia obiektu. Stanowi to podstaw� opracowywanych prognoz bezpiecznej eksploatacji obiektu, oceny narastania ryzyka nagłego p�kni�cia lub prognozy reszty czasu poprawnej pracy. Istota znaczenia wad materiałowych jest okre�lana w aspektach: - warunków pracy, a wi�c temperatury, stanu napr��e�, zmiany napr��e� w czasie, stanu od- kształce� i oddziaływania �rodowiska; - własno�ci materiału: wytrzymało�ciowych, plastycznych, odporno�ci materiału na p�kanie, intensywno�ci napr��e� i parametrów propagacji szczeliny przy zm�czeniu; - obliczenia współczynników bezpiecze�stwa i współczynników wyt��enia materiału; - stanu struktury materiału, ocenianego w wyniku bada� nieniszcz�cych (lokalizacja, rozmiary, orientacja i rodzaj wady) oraz poziomu napr��e� własnych i napr��e� pochodz�cych od obci��e� u�ytkowych. Metody bada� nieniszcz�cych w układzie : * wykorzystywane zjawisko, ** mierzone parametry, *** wa�niejsze zastosowania, **** minimalne wykrywalno�ci, obejmuj� [4]: metody ultrad�wi�kowe: * rozchodzenie si� fal spr��ystych, odbicie, przenikanie, rozpraszanie, tłumienie, dyfrakcja fal; ** amplituda fali odbitej i przenikaj�cej, czas przej�cia fali, kształt sygnału w dziedzinie czasu i cz�stotliwo�ci; *** wady mikrostruktury, przyczepno��, korozja, rozmiary ziaren, pomiar odległo�ci i gru-bo�ci, stałych spr��ysto�ci, identyfikacja struktury; **** około 2mm w przedziale cz�stotliwo�ci 2-6 MHz, pomiar gł�boko�ci p�kni�� od 1-2mm wzwy�, dokładno�� dziesi�te cz��ci milimetra; emisja akustyczna: * fale spr��yste wywołane procesami nagłymi; ** liczba generowanych impulsów, pr�dko�� generacji, widmo generowanych sygnałów, am- lituda i przebiegi czasowe, liczba przej�� przez zadany poziom amplitud, współczynnik szczytu, energia pojedy�czego impulsu; *** lokalizacja wad, �ledzenie odkształce�, p�kanie, korozja, przemiany strukturalne w ma- teriale, prognozowanie trwało�ci; **** badanie zjawisk w krzepn�cych stopach, identyfikacja przemian fazowych, zarodkowa-nie i wzrost porów, rozwarstwienia struktury materiału; metody drganiowe: * rezonans, drgania ci�głe, zanikaj�ce, impulsowe; ** poziom amplitudy (a,v,x), czas pogłosu, widmo drga�, cz�sto�ci drga� własnych; *** stałe spr��ysto�ci, lokalizacja wad, identyfikacja struktury, ocena stanu; **** wykrywalno�� trudna do jednoznacznego okre�lenia; metody radiacyjne: * promieniowanie: a, b, g, x, neutrony, protony, pozytony; ** nat��enie promieniowania, osłabienie promieniowania; *** wady makrostruktury materiału, mikroporowato��, tomografia; **** wykrywalne zmiany grubo�ci wynosz�ce 0,4-1%;

metody magnetyczne: * rozproszenie pola magnetycznego, przenikalno�� magnetyczna, koercja, oddziaływanie po- la magnetycznego; ** nat��enie pola magnetycznego, przenikalno�� magnetyczna; *** wady powierzchniowe i podpowierzchniowe w materiałach; **** szereko�� wad 0,1-15um, wysoko�� 10-40um, długo�� 1um - 50% wykrywalno�ci; metody elektryczne: * pole elektryczne, zjawisko dielektryczne, zjawisko termoelektryczne; ** spadek potencjału; *** pomiar gł�boko�ci p�kni��, ocena struktury; **** gł�boko�� p�kni�� około 1um; pr�dy wirowe: * pole elektromagnetyczne ci�głe, impulsowe, wielocz�stotliwo�ciowe; ** impedancja, amplituda, faza; *** wady powierzchniowe materiałów przewodz�cych, pomiar grubo�ci, identyfikacja struktury; **** wady o wysoko�ci 10-70um; metody penetracyjne: * wnikanie cieczy w szczeliny powierzchniowe; ** długo�� i szeroko�� wskaza�; *** p�kni�cia powierzchniowe; **** wysoko�� 10-20um, szeroko�� 0,2-13um, długo�� 1um - 100% wykrywalno�ci; metody termiczne: * przepływ ciepła, promieniowanie podczerwone; ** rozkład temperatur; *** wykrywanie braku przyczepno�ci, miejsc gor�cych, zdalny pomiar napr��e�; **** zdalny pomiar temperatury o du�ej rozdzielczo�ci. Metody bada� nieniszcz�cych znajduj� ju� ugruntowan� pozycj� w�ród bada� stanu obiektów, wyra�nie wyró�nion� zakresem zainteresowa� od bada� diagnostycznych. 2.8 Bezpiecze�stwo maszyn Teoria bezpiecze�stwa maszyn zajmuje si� szczególnymi przypadkami eksploatacji obiektów, zagra�aj�cymi �yciu i zdrowiu operatora, istnieniu obiektu, obiektów współpracuj�cych oraz �rodowisku naturalnemu. Teoria bezpiecze�stwa pozwala na dokonywanie analizy systemów technicznych z punktu widzenia bezpiecze�stwa [6,8]. Teoria bezpiecze�stwa posługuje si� poj�ciami takimi jak zawodno�� bezpiecze�stwa i zawodno�� sprawno�ci oraz poczucie zagro�enia bezpiecze�stwa i jego realne zagro�enie - ryzyko. Bezpiecze�stwo wywodzi si� w prosty sposób z teorii niezawodno�ci i wi�kszo�� elementów tworzonej teorii bezpiecze�stwa pochodzi z tego obszaru. Bezpiecze�stwo techniki rozpatrywane jest w obr�bie systemu: człowiek - technika - �rodowisko. Dziedzin� bada� w systemie człowiek – technika - �rodowisko (C-T-S) s� ujemne skutki istnienia techniki, ujawniaj�ce si� w postaci strat w tym systemie.

Z analizy bezpiecze�stwa techniki w powy�szym systemie wynikaj� nast�puj�ce podstawowe wnioski: - straty mog� pojawi� si� we wszystkich fazach istnienia wytworu techniki; s� one nie do unikni�cia, co najwy�ej mo�na zmniejszy� ich wielko�� i cz�stotliwo�� pojawiania si�; - bezpiecze�stwo wytworów techniki mo�na i nale�y kształtowa� w fazach ich projektowa- nia i wytwarzania, a sterowa� nim w fazie eksploatacji; - bezpiecze�stwem w okre�lonych warunkach ryzyka mo�na i nale�y zarz�dza�; - racjonalno�� w w kształtowaniu bezpiecze�stwa wytworu techniki polega na sprowadzaniu jego negatywnych skutków do pewnego dopuszczalnego poziomu; - kwantyfikacja bezpiecze�stwa nast�puje w oparciu o poj�cia „zagro�enie” i „ryzyko”; - optymalizacja bezpiecze�stwa wytworu techniki jest mo�liwa w ramach optymalizacji jego efektywno�ci; ��dany poziom bezpiecze�stwa stanowi wtedy ograniczenie w algorytmie optymalizacji efektywno�ci (rys.2.15); Rys.2.15 Czynniki kształtuj�ce efektywno�� wytworu techniki. - racjonalno�� i optymalno�� w kształtowaniu i sterowaniu bezpiecze�stwem wytworu mo�e by� rozwa�ana wtedy, gdy mo�na skwantyfikowa� poziom jego bezpiecze�stwa. Z powy�szych przesłanek wypływa cel bezpiecze�stwa maszyn: „sprowadzenie negatywnych skutków istnienia techniki do racjonalnego minimum”. Zbiór podstawowych poj�� teorii bezpiecze�stwa przedstawiony jest na rys.2.16. Rys.2.16 Podstawowe poj�cia teorii bezpiecze�stwa. Zagro�enie definiowane jest jako �ródło, potencjał lub sytuacja, które mog� spowodowa� straty w systemie C-T-S. Zagro�enie bywa kwantyfikowane, przy czym miar� zagro�enia mo�e by� funkcja rodzaju i wielko�� materiału niebezpiecznego, warunków eksploatacji, mo�liwo�ci uwolnienia si� zagro�enia i powstania strat oraz innych czynników. Ryzyko definiowane jest jako mo�liwo�� powstania strat w systemie C-T-S. W sensie kwantytatywnym stanowi funkcj�, której dziedzin� s� procesy strat elementów systemu. Najcz��ciej ryzyko wyra�a si� jako warto�� oczekiwana strat , a wi�c jest zale�ne od wielko�ci straty i prawdopodobie�stwa jej powstania. Bezpiecze�stwo wytworu techniki definiowane jest jako zdolno�� tego wytworu w zało�onych warunkach eksploatacji do pozostawania w stanie ryzyka nie wi�kszego od warto�ci kryterialnej. Wychodz�c od skutków, teoria bezpiecze�stwa si�ga do uszkodze� i bł�dów, które stwarzaj� zagro�enie bezpiecze�stwa oraz mog� by� powodowane nast�puj�cymi przyczynami: - nie sprzyjaj�cym wpływem otoczenia, jak np. bł�dami w systemie kierowania i ubezpieczenia systemów, niesprzyjaj�cym oddziaływaniu �rodowiska, itp.; - bł�dami działania rozumianymi jako bł�dy operatora popełniane w procesie eksplo- atacji systemu, szczególnie bł�dami sterowania; - niewła�ciwym działaniem elementów, agregatów lub zespołów funkcjonalnych, na skutek uszkodze�. W problematyce bezpiecze�stwa mo�na wyró�ni� dwa podstawowe kierunki działa-nia, a mianowicie: * kształtowanie bezpiecze�stwa systemów i ich elementów (maszyn); * obliczanie (kontrola) poziomu bezpiecze�stwa systemów.

Pierwszy kierunek problematyki bezpiecze�stwa w odniesieniu do techniki realizowany jest za pomoc� podej�cia systemowego w projektowaniu: - nowoczesnych metod konstrukcyjnych i technologicznych; - stosowania materiałów konstrukcyjnych o wysokiej jako�ci; - weryfikacja zało�e� podczas bada� obiektów; - prawidłowej eksploatacji. W odniesieniu natomiast do operatorów (ludzi) realizowany jest poprzez odpowiedni dobór i selekcj� kandydatów do zawodu, kształcenie i trening, motywowanie, podtrzymywanie kondycji psychicznej, itp.. Drugi kierunek problematyki bezpiecze�stwa wi��e si� z ocen� systemów we wszystkich fazach ich istnienia za pomoc� metod i kryteriów ocenowych, przydatnych odpowiednio do kolejno ocenianych faz. 2.8.1 Wska�niki bezpiecze�stwa systemu Stan bezpiecze�stwa w systemach technicznych okre�laj� wska�niki bezpiecze�stwa, tj. charakterystyki funkcyjne lub liczbowe. Nale�� do nich: - zawodno�� bezpiecze�stwa systemów; wyznaczany przez czas funkcjonowania systemu do chwili jego przej�cia do stanu zawodno�ci bezpiecze�stwa; - niezawodno�� bezpiecze�stwa; wska�nik charakteryzuj�cy nie przej�cie systemu do stanu zawodno�ci; - zawodno�� sprawno�ci systemów; ka�dy stan, w którym system utracił w pełni lub cz��-ciowo swoje wła�ciwo�ci funkcjonalne; (intensywno�� zawodno�ci, funkcja wiod�ca rozka- du, warto�� oczekiwana czasu przej�cia do stanu zawodno�ci); - �ywotno��; charakteryzowany czasem od chwili pora�enia systemu do chwili jego przej�- cia do stanu zawodno�ci bezpiecze�stwa, przy zało�eniu braku czynno�ci przeciwdziała-j�cych; - dyspozycyjno�� i odparowalno��; okre�lony czas dyspozycyjny, w którym ma sens prze- ciwdziałanie sytuacji niebezpiecznej ró�nymi metodami. Istnienie czasu dyspozycyjnego nie gwarantuje odparowania sytuacji niebezpiecznej, co zale�y od: * predyspozycji operatora (odporno�ci na stresy, kondycji fizycznej, pr�dko�ci reakcji na zmian� stanu, itp.; * wła�ciwo�ci układów bezpiecze�stwa bior�cych udział w przeciwdziałaniu sytuacji niebezpiecznej (ich wydajno��, nieuszkadzalno��, gotowo��, itp.); * czas odparowania sytuacji niebezpiecznej. Miar� odparowalno�ci jest prawdopodobie�stwo, �e w czasie dyspozycyjnym zagro�enie bez- piecze�stwa zostanie odparowane; - pora�alno�� i wra�liwo�� systemu; prawdopodobie�stwo zawodno�ci bezpiecze�stwa przez oddziaływanie czynników pora�aj�cych, z uwzgl�dnieniem wra�liwo�ci systemu na działaj�ce czynniki pora�aj�ce; - wska�niki pomocnicze; słu��ce do wyznaczania wska�ników podstawowych. Nale�� do nich charakterystyki probabilistyczne czasu przebywania systemu w poszczególnych stanach bezpieczno�ciowych. Zwykle s� to: * dystrybuanty czasu przebywania w stanach bezpiecze�stwa; * warto�ci oczekiwane czasu przebywania w stanach bezpiecze�stwa; * prawdopodobie�stwo przej�cia mi�dzy stanami; * intensywno�� przej�� mi�dzy stanami; * prawdopodobie�stwo przebywania systemów w poszczególnych stanach bezpiecz- no�ciowych.

2.8.2 Struktura bezpiecze�stwa systemu Struktur� bezpieczno�ciow� systemu technicznego wyznaczaj� elementy systemu energia i informacja, tworz�ce zazwyczaj struktur� nadmiarow� systemu. Ma to na celu zmniejszenie wra�liwo�ci, zwi�kszenie �ywotno�ci i odparowalno�ci systemu. W strukturze bezpiecze�stwa mo�na wyró�ni� nast�puj�ce formy nadmiaru: * nadmiar strukturalny, polegaj�cy na dublowaniu wa�nych układów systemu i zmniejsza- j�cych wra�liwo�� systemu na sytuacje niebezpieczne; * nadmiar funkcjonalny, polegaj�cy na przystosowaniu niektórych elementów systemu do przejmowania okre�lonych dodatkowych funkcji i zmniejszaj�cych wra�liwo�� systemu; * nadmiar parametryczny, polegaj�cy na utrzymaniu wi�kszej energii i mo�liwo�ci funk-cjonalnych w odniesieniu do przeci�tnych potrzeb, zmniejszaj�cy wra�liwo�� oraz zwi�ksza- j�cy �ywotno�� systemu technicznego; * nadmiar informacyjny, polegaj�cy na istnieniu nadmiarowej informacji w systemie odno�- nie do wa�nych zdarze� (np. sygnalizacja zagro�e�-�wietlna, d�wi�kowa); * nadmiar wytrzymało�ci (mechanicznej, elektrycznej), polegaj�cy na zwi�kszeniu odpor-no�ci na zniszczenie, zmniejszaj�cy wra�liwo�� na okre�lonego rodzaju pora�enia; * nadmiar czasowy, polegaj�cy na istnieniu zwi�kszonego czasu dla realizacji ró�nego ro- dzaju działa� w systemie, umo�liwiaj�cy wła�ciwe reakcje operatora w warunkach ryzyka; * nadmiar elementowy, polegaj�cy na wprowadzeniu do systemu dodatkowych elementów wykorzystywanych w procesie odparowania sytuacji niebezpiecznej (urz�dzenia zabezpie- czaj�ce, urz�dzenia bezpiecze�stwa, systemy bezpiecze�stwa). W ostatnim okresie mo�na zauwa�y� tendencje przyjmowania bezpiecze�stwa za kry- terium jako�ci sterowania procesem eksploatacji systemów technicznych, co w powi�zaniu z diagnostyk� techniczn� traktowan� jako narz�dzie oceny stanu daje du�e mo�liwo�ci w ksz- tałtowaniu efektywnych strategii eksploatacji maszyn. 2.9 Podsumowanie Tre�ci tego rozdziału skrótowo omawiaj� podstawowe problemy eksploatacji maszyn i systemów technicznych, przy uwzgl�dnieniu specyfiki zagadnie� składowych dziedzin naukowych tej problematyki. Uwa�na lektura tych tre�ci daje podstawy racjonalnego kształtowania jako�ci maszyn i wytworów oraz mo�liwo�ci budowy nowoczesnych systemów eksploatacji maszyn. Pozyskana wiedza daje lepsze zrozumienie zagadnie� tworzenia i wykorzystania maszyn, stwarza logiczne podstawy do rozwa�ania i ustalania celów post�powania, zwi�ksza umiej�tno�ci planowania i kierowania oraz stwarza nowe mo�liwo�ci wyboru, nowe cele i horyzonty stawiania i realizacji zada� eksploatacyjnych. Na tle stanu wiedzy składowych dyscyplin eksploatacji wyra�nie zaznacza si� dominuj�ca rola diagnostyki technicznej, znajduj�ca szerokie zastosowanie w kształtowaniu jako�ci maszyn oraz nowoczesnych strategii eksploatacji maszyn. Poznanie tre�ci tego rozdziału wyra�nie okre�la miejsce i zadania diagnostyki (z jej szczególn� rol� na etapie eksploatacji, gdzie weryfikowane s� wszelkie wła�ciwo�ci maszyn) i pozwala na łagodne przej�cie do zagadnie� podstawowych diagnostyki maszyn, co jest tre�ci� kolejnych rozdziałów ksi��ki. Literatura

1. CEMPEL C.: Podstawy wibroakustycznej diagnostyki maszyn. WNT.Warszawa.1982. 2. DWILI�SKI L.: Niezawodno�� maszyn rolniczych. WEMA.Warszawa.1988. 3. GÓRECKA R., POLA�SKI Z.: Metrologia warstwy wierzchniej. WNT.Warszawa.1983. 4. HEBDA M., MAZUR T.: Podstawy eksploatacji pojazdów samochodowych. WKŁ. 1980. 5. HEBDA M., WACHAL A.: Tribologia. WNT.Warszawa.1980. 6. JAWI�SKI J.,WAY�SKA-FIOK K.:Bezpiecze�stwo systemów.WNT.Warszawa.1993. 7. LEWITOWICZ J. ii : Problemy bada� i eksploatacji techniki lotniczej.ITWL.Wawa. 1993. 8. MAZUR T., MAŁEK A.: Zarz�dzanie eksploatacj� systemów technicznych. WNT.1979. 9. MIGDALSKI J. ii :In�ynieria niezawodno�ci.PORADNIK.ATR-WEMA.Bydgoszcz.1992. 10.NIZI�SKI S.: Dynamiczny system eksploatacji obiektów technicznych. Problemy Eks- ploatacji 5/93. Radom. 1993. 11. PAWŁOWSKI Z.: Charakteryzowanie stanu materiału metodami nieniszcz�cymi. Mat. Konf. Ustronie Morskie. 1988. 12. SMALKO Z.: Podstawy projektowania niezawodnych maszyn i urz�dze� technicznych. Warszawa. PWN. Warszawa.1972. 13. ÓŁTOWSKI B.: Diagnozowanie silnika wysokopr��nego. ITE. Radom. 1995. 14. ÓŁTOWSKI B.,�WIK Z.: Leksykon diagnostyki technicznej. ISBN 83-900853-3-X. Wyd. ATR. Bydgoszcz. 1996.